Метод гидроабразивной резки материалов применяется уже почти полвека в самых разных отраслях. В машиностроении, аэрокосмической и авиационной промышленностях, в инструментальном производстве этот способ стал незаменимым.
Технология резки
Смысл гидроабразивного метода заключается в подаче на обрабатываемый объект тонкой водной струи, смешанной с мелкими частичками абразива (зерна электрокорунда, карбид кремния, гранатовый песок и др.). Вода нагнетается насосом до чрезвычайно высокого давления (от 1000 до 6000 атмосфер), затем проходит через сопло установки со сверхвысокой скоростью (от 900 м/с) и вымывает частички обрабатываемого материала из зоны резки.
Скорость разрушения зависит от формы, размера, массы и твердости частиц абразива, угла удара, а также физико-технических свойств материала, подвергающегося обработке. Такой способ позволяет обрабатывать самые разные материалы: стекло, пластик, металл, камень, композитные составы, резину, дерево и др. Диапазон подвластных гидроабразивному резанию толщин достаточно широк — от 0,1 до 300 мм и даже больше. Благодаря наличию поворотной рабочей головки возможно осуществлять 3D-резку изделий. Основные принципы технологии на видео:
Станки и оборудование для гидроабразивной резки
Оборудованием для гидроабразивной резки является специальный станок, имеющий в составе несколько конструктивных элементов. Все они необходимы для обеспечения качественного, точного и быстрого раскроя в соответствии с имеющимся рабочим чертежом. Каждая рабочая установка комплектуется следующими устройствами:
- Насос высокого давления. От него зависит скорость выходящей из сопла воды (скорость обработки).
- Регулятор мощности. Широкие настройки позволяют применять абразивные смеси разного состава и подавать их под различным давлением. Это делает возможным обрабатывать заготовки разной твердости и толщины.
- Различные сопла (дюзы). Заменяются в зависимости от состава смеси абразивного порошка с водой и характеристик обрабатываемого объекта (толщина и плотность).
- Смеситель. Данное оборудование считается важнейшим узлом гидроабразивного станка, работа которого определяет равномерность пропорций и конечное качество подаваемой смеси. От этого зависит итог процесса резки (точность и отсутствие сколов).
- Система водоподготовки. Свойства воды оказывают непосредственное влияние на качество абразивной смеси и конечный результат резки гидроабразивным методом. Жидкость предварительно фильтруют и очищают от примесей.
- Автоматика. Благодаря автоматическим системам режущая рабочая головка самостоятельно меняет угол наклона дюзы в зависимости от качественных характеристик обрабатываемого предмета.
Установки для резки металла можно оснащать дополнительно: сверлильным узлом, лазерной системой позиционирования и высотного контроля, системой удаления шлама, подачи абразива и автоматической смазки.
Виды гидроабразивных станков и особенности их применения
Станки для водоструйной резки бывают 2 типов:
- стационарные;
- портативные.
Стационарные гидроабразивные станки имеют разные принципы ручного или программного управления всеми параметрами.
В устройствах с ручным управлением вручную выставляются все параметры обработки (угол наклона, давление и пр.), они просты в управлении и обслуживании. На них можно производить качественную и точную резку изделий, имеющих простые геометрические формы.
На гидроабразивном оборудовании с ЧПУ с высочайшей точностью изготавливаются детали большой толщины и разных уровней сложности, имеющие качественную поверхность обрабатываемого среза. Расход материалов при этом будет минимальным. Для каждого изделия разрабатывается индивидуальное программное обеспечение, учитывающее параметры процесса резки: давление водной струи, состав абразивной смеси и пр.
Портативные устройства являются передвижными. Они применяются в пожароопасных отраслях (газовой, нефтяной), так как не дают искры во время работы. Такое оборудование незаменимо при строительстве колодцев, тоннелей, а также проведении работ с опасными трубопроводами.
Советы по эксплуатации станков ГАР
Применение гидроабразивного метода требует соблюдения нескольких правил эксплуатации и обслуживания:
- перед началом работ и включением оборудования необходимо осуществить его визуальный осмотр;
- работы производить только при плюсовых температурах;
- производить закупки запасных частей и абразивных материалов (гранатового песка) исключительно у проверенных и надежных производителей;
- внимательно контролировать рабочее давление;
- сохранять резервные копии всего ПО (программного обеспечения);
- при установке и замене сопла необходимо соблюдать особую аккуратность;
- запуская струю, убедиться в отсутствии посторонних предметов в рабочей зоне.
Безопасность при работе на гидроабразивном станке
Технология с использованием абразива и воды является практически самым безопасным способом обработки. Однако для исключения травматизации при абразивной резке металла струей воды необходимо соблюдать некоторые правила:
- Беречь руки. Не приближаться к рабочей зоне во время резки.
- Защищать глаза: надевать специальные пластиковые очки.
- Использовать наушники или беруши.
Принцип действия и конструкция станков водно-абразивной резки
Оборудование для резки водой под давлением функционирует по следующему принципу:
- проходя через сопло, вода образует струю, имеющую диаметр около 0,3 мм, которая затем поступает в камеру смешивания;
- в смесительную камеру одновременно поступает абразив, где соединяется с водой;
- полученная смесь поступает в другое сопло, имеющее диаметр от 0,6 до 1,2 мм;
- из второго сопла струя может вырываться со скоростью до 1000 м/с;
- струя смеси ударяется об обрабатываемый объект и разрезает его.
На станине жестко закреплена ванна (наполненная водой), с расположенными на дне опорами для размещения и фиксации заготовки (сетка, штыри, ребра). Режущая головка способна перемещаться в 3 плоскостях, может смещаться с изменением угла наклона и вращаться вокруг оси.
В результате работы гидроабразивного станка образуются производственные отходы (абразив, частицы материала), которые оседают на дно ванны. Отсюда они удаляются в специальный накопительный бак, где вода фильтруется. Песок очищается от шлама и используется повторно.
Применения в различных отраслях
Применение обработки с помощью воды практически не имеет границ. Но изготовить такие аппараты своими руками чрезвычайно сложно, поэтому использование в домашних условиях маловероятно.
В оборонной промышленности
Гидроабразивное оборудование обеспечивают высокую точность резки при работе со сложными композитными материалами, пуленепробиваемым стеклом, бронированными листами, титаном, сплавами. Для разрезания утилизируемых старых снарядов и работы со взрывчатыми веществами такая технология является наиболее безопасной.
В стекольной промышленности
Для резки зеркального, простого, ламинированного, узорчатого, ударопрочного, бронированного и армированного стекла гидроабразивные станки являются оптимальными. Они позволяют изготавливать стеклянные изделия всевозможных форм. Из этих элементов создаются витражи, панно, элементы декора и другие предметы.
В строительстве
В строительной отрасли гидроабразивная технология применяется для решения следующих задач:
- демонтаж различных конструкций;
- резка материалов (керамогранита, натурального камня, плитки и пр.);
- производство декоративных инкрустированных элементов;
- создание фигурных и сложных резов на трубах.
В машиностроении
Станки гидроабразивной обработки применяют в машиностроении для выполнения следующих операций:
- резка листового металла, пластика, композитных материалов и сверхпрочных сплавов;
- снятие фасок на обрабатываемых деталях перед выполнением сварочных работ;
- изготовление с высочайшей точностью элементов и деталей сложной конфигурации;
- удаление дефектов термической обработки (окалины, наплывов и др.).
В автомобильной промышленности
Гидроабразивное оборудование в автомобилестроении применяется в следующих целях:
- изготовление различных пластмассовых деталей (приборных панелей, бамперов и др.);
- раскрой элементов декора салона автомобиля (фальшпотолков, ковриков и пр.);
- вырезка кузовных элементов из тонкого металла;
- производство трехмерных деталей со сложным конструктивом;
- раскрой многослойных стекол для автомобилей (триплекс).
В резинотехнической промышленности
Технология гидроабразивной обработки является отличным решением для работы с резиной разной плотности и толщины (до 300 мм). Резка происходит при достаточно низких температурных показателях (не более 90°C), поэтому не меняется структура самого материала и края не оплавляются.
В электротехнической промышленности
В электротехнической области станки для гидроабразивной резки находят применение для:
- производства деталей из слюды и композитных материалов;
- резки электротехнической стали, трансформаторного железа, меди и всевозможных сплавов;
- раскроя аморфных металлов;
- работы с резиной, пластиком, целлюлозой.
В авиационной и аэрокосмической промышленности
Гидроабразивные станки стали незаменимы для выполнения следующих задач:
- изготовление пространственно сложных деталей из титана, алюминия, циркония и разных сплавов;
- раскрой композитных материалов без нарушения структуры и расслоения;
- производство элементов со сложным контуром;
- выполнение замкнутых сложных вырезов в листовых заготовках.
В инструментальном производстве
Использование гидроабразивной технологии в инструментальном производстве позволяет осуществлять обработку стали, сплавов, а также материалов, обладающих повышенной твердостью. С помощью такого оборудования изготавливаются элементы пресс-форм, штампы, различный монолитный мелкий инструмент, сложные детали и технологическая оснастка.
Материалы для ГАР
Гидроабразивное оборудование позволяет обрабатывать самые разные материалы.
- Дерево. Гидроабразивная резка дерева поможет создать элементы декора и интерьера из ценных пород дерева. При гидрорезке древесина не обугливается и не скалывается.
- Керамогранит. Из прочного и твердого керамогранита с высокой точностью вырезаются элементы требуемой сложной формы без сколов и дефектов.
- Керамика. Гидроабразивный метод позволяет разрезать керамическую плитку на детали различного размера (даже достаточно мелкие), с острыми углами или криволинейных форм без сколов и трещин, с ровными гладкими краями.
- Бетон. Регулировка давления струи позволяет резать бетон даже без повреждения арматурного каркаса.
- Мрамор и гранит. Гидроабразивная обработка используется для создания орнаментов, узоров и небольших элементов декора на граните, мраморе, кварце и других натуральных камнях.
- Камень. Осуществляется резка каменных плит, которые могут иметь толщину до 150 мм.
- Металл. Используя гидроабразивную технологию резки металла, раскраивают различные виды стали, цветные металлы и сплавы (бронза, алюминий и пр.), титан, цирконий, листы и трубы с полимерным покрытием.
- Стекло. Метод позволяет работать с различными видами стекла: простым, армированным, закаленным, хрустальным, многослойным, зеркальным и др.
Преимущества и недостатки метода
Преимущества гидроабразивной обработки:
- отсутствие нагрева;
- универсальность, позволяющая работать с самыми разными материалами;
- отсутствие необходимости дополнительной шлифовки кромок;
- высокая точность;
- скорость;
- экономичность;
- отсутствие механической нагрузки;
- безопасность;
- экологичность.
Недостатки гидроабразивного метода:
- эффект конусности, возникающий вследствие инерционности струи воды;
- невысокая рентабельность при раскрое тонких заготовок.
Благодаря тому, что преимуществ у этого метода гораздо больше, области его применения неуклонно расширяются.
